东营市胜利第三十九中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：5.1热力学第一定律 同步练习（含解析）

5.1热力学第一定律
同步练习（含解析)
1．如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过状态B、C又回到状态A。下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程中气体分子的平均动能增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加
B．C→A过程中单位体积内分子数增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少
C．A→B过程中气体吸收的热量大于B→C过程中气体放出的热量
D．A→B过程中气体对外做的功小于C→A过程中外界对气体做的功
2．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，A→B和C→D为等温过程，B→C为等压过程，D→A为等容过程．该循环过程中，下列说法正确的是(　　)
A．A→B过程中，气体吸收热量
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
3．如图所示，开口竖直向上的薄壁绝热汽缸内壁光滑，缸内下部装有电热丝，一定质量的理想气体被一绝热活塞封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁紧密接触。现通过电热丝对缸内气体缓慢加热，则该过程中（　　）
A．气体的压强增大
B．气体的内能增大
C．气体分子热运动的平均动能可能减小
D．气体对外界做的功等于气体吸收的热量
4．如图所示，固定容器及可动活塞
P
都是绝热的，中间有一导热的固定隔板
B,B
的两边分别盛有气体甲和乙．现将活塞
P
缓慢地向
B
移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动
P
的过程中
A．外力对乙做功；甲的内能不变
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变
5．在热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q中,关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负,下列说法中正确的是(　　)
A．外界对物体做功时W为正,吸热时Q为负,内能增加时ΔU为正
B．物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为负
C．外界对物体做功时W为负,吸热时Q为负,内能增加时ΔU为负
D．物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为正
6．如图所示，导热的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止，现将砂桶底部钻一个小洞，让细砂慢慢漏出。气缸外部温度恒定不变，则（
）
A．缸内的气体压强减小，内能减小
B．缸内的气体压强增大，内能减小
C．缸内的气体压强增大，内能不变
D．外界对气体做功，缸内的气体放热
7．气闸舱是载人航天航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置；其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空。航天员由太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．气体并没有对外做功，气体内能不变
B．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
C．气体体积增大，压强减小，温度减小
D．气体分子单位时间内对座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将减少
8．一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p－V图象如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是(
)
A．气体经历过程1，气体对外界做功
B．气体经历过程1，内能可能增大
C．气体经历过程2，先放热后吸热
D．气体经历过程2，内能可能不变
9．如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a．下列说法正确的是（　　）
A．在过程ab中气体的内能增加
B．在过程ca中外界对气体做功
C．在过程ab中气体对外界做功
D．在过程bc中气体从外界吸收热量
10．一定质量的理想气体从状态a经过状态b、c变化到状态d，其p–T图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．a→b的过程中，气体对外界做功
B．b→c的过程中，所有气体分子的动能都增大
C．c→d的过程中，外界对气体做功
D．a→b→c的过程中，气体先吸热后放热
E.b→c→d的过程中，气体体积先增大后减小
11．如图所示，绝热的轻质活塞2将一定质量的理想气体封闭在水平放置的固定绝热气缸内，轻质活塞1与2通过一水平轻质弹簧连接，两活塞之间为真空，活塞与气缸壁的摩擦忽略不计，用水平外力F使活塞1静止不动。现增大外力F，使活塞1缓慢向右移动，则此过程中气体的温度_____（填“升高”“降低”或“不变”）；外力F做的功及大气压力做的功_____（填“大于”“等于”或“小于”）气体内能的变化量；气体分子在单位时间内撞击气缸内壁单位面积上的次数_____（填“增加”“不变”或“减少”）。
12．一定量的理想气体从状态开始，经历三个过程、、回到原状态，其图像如图所示。则状态时气体的体积______状态时气体的体积，过程中外界对气体所做的功_______气体所放的热。若b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的平均次数分别为N1、N2，则N1_______N2。（填“大于”、“小于”或“等于”）
13．把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图所示的装置，在玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压强相等，如果不计大气压强的变化，利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系
(1)关于瓶内气体，下列说法中正确的有_______________.
A．温度升高时，瓶内气体体积增大,压强不变
B．温度升高时，瓶内气体分子的动能都增大
C．温度升高，瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数增多
D．温度不太低，压强不太大时，可视为理想气体
(2)改变烧瓶内气体的温度，测出几组体积V与对应温度T的值，作出V－T图象如图所示.已知大气压强p0=1×105Pa，则由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为_____J，若此过程中气体吸收热量60
J，则气体的内能增加了________J
14．如图所示，一圆柱形汽缸竖直放置，汽缸正中间有挡板，位于汽缸口的活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S．开始时，活塞与汽缸底部相距L，测得气体的温度为T0．现缓慢降温，让活塞缓慢下降，直到恰好与挡板接触但不挤压．然后在活塞上放一重物P，对气体缓慢加热，让气体的温度缓慢回升到T0，升温过程中，活塞不动．已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸间摩擦．
(ⅰ)求活塞刚与挡板接触时气体的温度和重物P的质量的最小值；
(ⅱ)整个过程中，气体是吸热还是放热，吸收或放出的热量为多少？
参考答案
1．C
【解析】
A．
A→B过程中，温度升高，气体分子的平均动能增加，过原点直线表示等压变化，故单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减小，故A错误；
B．
C→A过程中体积减小，单位体积内分子数增加，温度不变，故单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加，故B错误；
C．
气体从A→B过程中，温度升高且体积增大，故气体吸收热量且对外做功，设吸热大小为Q1，做功大小为W1，根据热力学第一定律有：△U1=Q1-W1，气体从B→C过程中，温度降低且体积不变，故气体不做功且对外放热，设放热大小为Q2，根据热力学第一定律：△U2=-Q2，气体从C→A过程中，温度不变，内能增量为零，有：
△U=△U1+△U2=Q1-W1-Q2=0
即
Q1=W1+Q2＞Q2
所以A→B过程中气体吸收的热量Q1大于B→C过程中气体放出的热量Q2，故C正确；
D．
气体做功
，A→B过程中体积变化等于C→A过程中体积变化，但图像与原点连接的斜率越大，压强越小，故A→B过程中气体对外做的功大于C→A过程中外界对气体做的功，故D错误。
故选C。
2．B
【解析】
因为A→B为等温过程，压强变大，体积变小，故外界对气体做功，根据热力学第一定律有△U=W+Q，温度不变，则内能不变，故气体一定放出热量，选项A错误；因为B→C为等压过程，由于体积增大，由理想气体状态方程pV/T=C可知，气体温度升高，内能增加，故气体分子的平均动能增大，B正确；C→D为等温过程，压强变小，体积增大，因为温度不变，故气体分子的平均动能不变，压强变小说明单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少，C错误；D→A为等容过程，体积不变，压强变小，由pV/T=C可知，温度降低，气体分子的平均动能减小，故气体分子的速率分布曲线会发生变化，D错误；故选B.
3．B
【解析】
AB．电热丝对缸内气体缓慢加热过程中，因外界的大气压没变，气缸内气体压强不变，气体的温度升高，内能增大，A错误B正确；
C．气缸内气体温度升高，分子平均动能增大，C错误；
D．在缸内封闭的是一定量的理想气体，温度升高，内能增加
体积增大，对外做功
吸收热量
根据
则气体对外界做的功小于气体吸收的热量，D错误。
故选B。
4．C
【解析】
活塞P压缩气体乙，则外力对气体乙做功，因P与外界隔热，可知乙的内能增加，因B是导热的隔板，可知乙的热量将传给甲，最终甲、乙的内能都增加，故选C.
5．D
【解析】
在热力学第一定律：△U=W+Q中，外界对物体做功时W为正的，物体对外界做功时W为负；物体吸热时Q为正，放热时Q为负的；内能增加时U为正的，内能减少时U为负的；故选D．
6．CD
【解析】
对活塞分析，根据平衡条件有
则当m减小时，活塞合力向上，气体体积变小，则外界对气体做功，W>0，由于气体的温度不变，则△E=0，气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放热，根据等温方程可知，体积变小，压强变大，故CD正确，AB错误。
故选CD。
7．AD
【解析】
ABC．气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据
可知内能不变，气体的温度也不变。故A正确，BC错误；
D．因为内能不变，故温度不变，平均动能不变，因为气闸舱B内为真空，根据玻意耳定律可知
可知扩散后压强p减小，体积V增大，所以气体的密集程度减小，根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，故D正确。
故选AD。
8．AC
【解析】
AB．1过程中与外界无热量交换，故有
根据热力学第二定律可知
过程1气体的体积变大，故气体对外做功，则有
故有
内能减小，温度降低，即状态的温度低于状态的温度，故A正确，B错误；
CD．过程2先发生等容变化，做功为零，压强减小，根据查理定律可知，温度降低，内能减小，即
根据热力学第一定律可得
故在等容变化过程中气体放热；之后再发生等压过程，体积变大，根据盖吕萨克定律可知，温度升高，则有
体积变大，故气体对外做功，即有
根据热力学第一定律可知，热量一定满足，故等压过程一定吸热，所以气体经历过程2，先放热后吸热；由于状态的温度低于状态的温度，所以气体经历过程2，内能减小，故C正确，D错误；
故选AC。
9．ABD
【解析】
从a到b等容升压，根据＝C可知温度升高，一定质量的理想气体内能决定于气体的温度，温度升高，则内能增加，故A正确；在过程ca中压强不变，体积减小，所以外界对气体做功，故B正确；在过程ab中气体体积不变，根据W=p△V可知，气体对外界做功为零，故C错误；在过程bc中，属于等温变化，气体膨胀对外做功，而气体的温度不变，则内能不变；根据热力学第一定律△U=W+Q可知，气体从外界吸收热量，故D正确；故选ABD.
点睛：本题主要是考查了理想气体的状态方程和热力学第一定律的知识，要能够根据热力学第一定律判断气体内能的变化与哪些因素有关（功和热量）；热力学第一定律在应用时一定要注意各量符号的意义；△U为正表示内能变大，Q为正表示物体吸热；W为正表示外界对物体做功．
10．ACE
【解析】
A．a→b的过程中，气体温度不变，压强减小，则体积变大，则气体对外界做功，选项A正确；
B．b→c的过程中，气体温度升高，分子平均动能变大，但并非所有气体分子的动能都增大，选项B错误；
C．根据可知，则由于d点与原点连线斜率大于c点与原点连线的斜率，可知d态对应的体积小于c态的体积，则c→d的过程中，体积减小，外界对气体做功，选项C正确；
D．a→b
温度不变，内能不变，气体对外做功，则由
可知气体吸热；
b→c的过程中，气体压强不变，温度升高，体积变大，则气体内能变大，对外做功，由
可知气体吸热，即a→b→c的过程中，气体一直吸热，选项D错误；
E．根据可知，b→c→d的过程中，各点与原点连线的斜率先减小后变大，则气体体积先增大后减小，选项E正确。
故选ACE。
11．升高
大于
增加
【解析】
[1]根据题意可知外界对理想气体做正功，理想气体与外界无热交换，根据热力学第一定律得
所以理想气体内能增大，温度升高。
[2]外力F做的功及大气压力做的功等于气体内能的增加量和弹簧弹性势能的增加量，所以外力F做的功及大气压力做的功大于气体内能的变化量。
[3]理想气体温度升高，体积减小，所以气体分子在单位时间内撞击气缸内壁单位面积上的次数增加。
12．等于
小于
大于
【解析】
[1]由图像可知，过程中即为等容变化，所以状态时气体的体积等于状态时气体的体积
[2]由图可知，过程为等压降温，则气体内能减小，由可知，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，外界对气体所做的功小于气体所放的热
[3]b和c两个状态中，温度相等，则分子平均动能相同，由图可知，，则
13．AD
50
10
【解析】
(1)[1]
．A．根据，压强不变，温度升高时，瓶内气体体积增大，选项A正确；
B．温度升高时，瓶内气体分子的平均动能变大，但不是所有分子的动能都增大，选项B错误；
C．温度升高，压强不变，体积变大，则瓶内气体分子数密度减小，而分子平均速率变大，则单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数减小，选项C错误；
D．温度不太低，压强不太大时，可视为理想气体，选项D正确。
故选AD。
(2)[2][3]．则由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为
若此过程中气体吸收热量60
J，则气体的内能增加了
14．
(ⅰ)
　m＋
(ⅱ)放热　
【解析】
(ⅰ)由题意可得，缓慢降温过程是一个等压过程
初态：温度T0，体积V0＝LS，
末态：温度T1，体积V1＝
由盖—吕萨克定律有，解得T1＝
升温过程中，活塞不动，是一个等容过程，设重物P的质量的最小值为M
初态：温度T1＝，压强p1＝p0＋，
末态：温度T2＝T0，压强p2＝p0＋
由查理定律有，解得M＝m＋．
(ⅱ)整个过程中，理想气体的温度不变，内能不变；降温过程，气体体积变小，外界对气体做的功为
升温过程，气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功；由热力学第一定律，整个过程中，气体放出热量
Q＝W＝．
点睛：本题考查了求内能变化、温度等问题，分析清楚气体状态变化过程、应用热力学第一定律、理想气体状态方程即可正确解题．